DD208973A5 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF DIMETHYL ETHER - Google Patents
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Abstract
DAS ERFINDUNGSGEMAESSE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON DIMETHYLETHER AUS CO, H TIEF 2 U. GEGEBENENFALLS CO TIEF2 IST DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS DER DIMETHYLETHER IN GEGENWART EINES KATALYSATORS SYNTHETISIERT WIRD, DER INSGESAMT BESTEHT AUS A) KRISTALLINER KIESELSAEURE, IN DER EINIGE SILICIUMATOME IM KRISTALLGITTER ERSETZT SIND DURCH ALU. U. DIE DER ALLGEMEINEN FORMEL 1SI(0,0012-0,0050) AL O TIEF Y ENTSPRICHT, IN DER Y EINEN WERT VON 2,0018 BIS 2,0075 AUFWEIST, U. B) EINEM GEMISCH AUS CU,ZN,CR, ODER CU,ZN,AL OXIDEN U. / ODER SALZEN. DAS AL KANN AUCH ZUSAMMEN MIT CR VORHANDEN SEIN.THE INVENTION METHOD FOR PRODUCING DIMETHYL ETHER FROM CO, H LOW 2 AND, WHERE APPROPRIATE, CO DEEP2 IS SYNTHETIZED BY THAT THE DIMETHYL ETHER IS SYNTHETIZED IN THE PRESENCE OF A CATALYST CONTAINING A TOTAL OF A) CRYSTALLINE SILICONE ACID IN WHICH SOME SILICIUMATOMES IN THE CRYSTAL GRILLE ARE REPLACED ALU. USING THE GENERAL FORMULA 1SI (0.0012-0.0050) ALO LOW Y, WHERE Y HAS A VALUE OF 2.0018 TO 2.0075, B) A MIXTURE OF CU, ZN, CR, OR CU, ZN, AL OXIDES AND / OR SALTS. THE AL CAN ALSO COME TOGETHER WITH CR.
Description
Verfahren zur Herstellung von Dimethylether Anwendungsgebiet der Erfindung Process for the preparation of dimethyl ether Field of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Dimethylether.The invention relates to a process for the preparation of dimethyl ether.
Dimethylether, nachfolgend DM^ bezeichnet, wird allgemein mit Hilfe einea zweistufigen Verfahren hergestellt, bei dem zunächst Methanol aus GO und H2 und gegebenenfalls GO^ synthetisiert und anschließend aus dem Methanol Wasser abgespalten wird unter Bildung von D&Lri.Dimethyl ether, hereinafter referred to DM ^ is generally prepared with the aid Onea two-stage process, in which firstly from methanol GO and H2 and optionally synthesized GO ^ and subsequently cleaved from the methanol water to form D & Lri.
iiis gibt auch einige Verfahren, bei denen die DME-Synthese in einem einzigen Arbeitsgang ausgeführt wird durch Kombinieren eines Methanolsynthese-Katalysators mit einem Katalysator für die Abspaltung von Wasser, allgemein Tonerde.Also, there are some methods in which the DME synthesis is carried out in a single operation by combining a methanol synthesis catalyst with a catalyst for the elimination of water, generally alumina.
Bei den bekannten Verfahren besteht der Methanolsyntheee-Katalysator aus Kupfer, Zink und Grom oder aus Kupfer, Zink und Aluminium, während der Katalysator für die Abspaltung von Wasser allgemein Tonerde ist.In the known processes, the methanol synthesis catalyst consists of copper, zinc and grom or of copper, zinc and aluminum, while the catalyst for the elimination of water is generally alumina.
Bei einer in der DE-OS 2 757 778 (US-PS A 177 167) beschriebenen Ausführungsform wird für die DME-Synthese ein Katalysator eingesetzt, der aus Metalloxiden und/oder Metallsalzen besteht, die durch Behandlung mit einer Siliciumverbindung stabilisiert worden sind; die Stabilisierung besteht darin, daß man das nach der Behandlung erhalteneIn an embodiment described in DE-OS 2,757,778 (US Pat . No. A177167), a catalyst is used for the DME synthesis, which consists of metal oxides and / or metal salts which have been stabilized by treatment with a silicon compound; the stabilization consists of obtaining the product obtained after the treatment
24 03 8 9 7 -2- 23.io.i98224 03 8 9 7 - 2 - 23.io.i982
AP C 07 0/240 389/7 (60 886/11)AP C 07 0/240 389/7 (60 886/11)
Material widerstandfähig macht gegenüber thermischen und mechanischen Kräften und gegenüber der Einwirkung von Dampf bei hoher Temperatur. Die Metalloxide und/oder Metallsalze, die nach dieser Druckschrift verwendet warden, sind allgemein Al-, Gr-, La-, Mn-, Cu- oder Zn-Oxide und/oder-Salze oder deren Gemische· Das Problem, das sich bei den Katalysatoren bekannter Art und auch bei denen der oben genannten DE-OS stellt, hängt mit der Tatsache zusammen, daß das verwendete Mittel für die Abspaltung von Wasser (.Entwässerung) nur bei relativ hohen Temperaturen eine deutliche Aktivität aufweist, bei denen jedoch die Katalysatoren für die Methanolaynthese auf Kupferbasis, die bei niederen Temperaturen und bei niederem Druck wirksam sind, unbeständig sind, so d,aß das Katalysatormaterial sintert und mit der Zeit ein Aktivitätsverlust eintritt.Material resistant to thermal and mechanical forces and to the action of high temperature steam. The metal oxides and / or metal salts used according to this document are generally Al, Gr, La, Mn, Cu or Zn oxides and / or salts or mixtures thereof. The problem which arises in the Catalysts of known type and also in which the above-mentioned DE-OS, is related to the fact that the means used for the removal of water (.Dewatering) only at relatively high temperatures has a significant activity, but where the catalysts for the copper-based methanol synthesis, which are effective at low temperatures and at low pressure, are unstable, so that the catalyst material sinters and an activity loss occurs over time.
Die optimale Temperatur für die Abspaltung von Wasser nach den oben genannten Druckschriften liegt im Bereich von 280 bis 300 0G, während die Katalysatoren auf Kupferbasia nur dann eine lange Nutzungsdauer haben, wenn sie bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 260 0C eingesetzt werden.The optimum temperature for the removal of water according to the above-mentioned publications is in the range of 280 to 300 0 G, while the catalysts on copper based only have a long service life when used at temperatures in the range of 200 to 260 0 C.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Diethylether, mit dem auch bei mittleren Temperaturen hohe "Dimethylether-Umwandlungsausbeuten erzielt werden können.The aim of the invention is to provide an improved process for the preparation of diethyl ether, with which high "dimethyl ether conversion yields can be achieved even at medium temperatures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysator- 'The invention is based on the object, a catalyst '
O / Π O Q Q 7 -3- 23.10.1932O / Π O Q Q 7 -3- 23.10.1932
L· H U O U Zl / AP C 07 G/24O 389/7 L * H U O U Zl / AP C 07 G / 24O 389/7
(60 886/11)(60 886/11)
Zusammensetzung aufzufinden, die insbesondere bei mittleren Temperaturen aktiv ist und hohe öimethylether-Umwandlungsausbeuten ermöglicht.Composition which is active in particular at moderate temperatures and allows high ethyl-ethyl ether conversion yields.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß man bei sehr viel niederen mittleren Temperaturen arbeiten und gleichzeitig ziemlich hohe DMÜ-Umwandlungsausbeuten erzielen kann, wenn man einen Katalysator verwendet, der erhalten worden ist durch inniges Miteinander-Vermischen von pulverigem, kristallinem Kieselsäure- bzw. Siliciura-haltigem Material, substituiert mit Aluminium und gepulverten Oxiden oder Salzen von Cu, Zn oder Gr (oder Al).It has now surprisingly been found that one can operate at much lower average temperatures and at the same time achieve quite high DMT conversion yields when using a catalyst obtained by intimately mixing powdery crystalline silica and silica gel respectively. containing material substituted with aluminum and powdered oxides or salts of Cu, Zn or Gr (or Al).
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man GO und H2 und gegebenenfalls GO2 in eine ^eaktionazone einspeist, die angefüllt ist mit einem Katalysator aus einem G-emisch der folgenden Substanzen:The process according to the invention consists in feeding GO and H 2 and optionally GO 2 into a reaction zone which is filled with a catalyst of a G-mixture of the following substances:
a) kristalline Kieselsäure bzw„ SiO2, in der einige der Siliciumatome des Kieselsäurekristallgitters durch Aluminium ersetzt worden sind und die der allgemeinen Formela) crystalline silica or "SiO 2 , in which some of the silicon atoms of the silica crystal lattice have been replaced by aluminum and those of the general formula
1 Si (O,OO12-O,OO5O)A1 01Si (O, OO12-O, OO5O) A1 0
entspricht, wobei y eine Zahl zwischen 2,0018 und 2,0075 bedeutet,where y is a number between 2.0018 and 2.0075,
b) ein Gemisch aus Gu-, Zn-, Gr- oder Gu-, Zn-, Al-Oxiden und/oder -Salzen, wobei Al auoh zusammen mit Gr vorhanden sein kann0 b) a mixture of Gu, Zn, Gr or Gu, Zn, Al oxides and / or salts, wherein Al auoh may be present together with Gr 0
240389 7240389 7
-4- 23.10.1982-4- 23.10.1982
AP G 07 0/240 389/7 (60 886/11)AP G 07 0/240 389/7 (60 886/11)
Die erfindungsgemäß verwendete kristalline Kieselsäure und ihre Herstellung werden in der DL'-OS 2 924 870 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.The crystalline silicic acid used according to the invention and its preparation are described in DL 'OS 2,924,870, which is hereby incorporated by reference.
40 bis 70 % aller in der vorgenannten Katalysator^masee vorhandenen Metallatome .(a+b) sind üiliciumatorae. Der prozentuale Anteil an Kupferatomen in der Gesamtsumme der Metallatome (a+b) schwankt von 15 bis 30 $>\ der Gehalt an Zink(atomen) schwankt von 8 bis 15 %, der Gehalt an Ghrom(atomen) schwankt von 0 bis 10 % (der Wert 0 wird erreicht, wenn Aluminium vorhanden ist),und der Gehalt an Aluminium(atomen) schwankt von 0,1 bis 10 %, 40 to 70% of all the metal atoms present in the aforementioned catalystase (a + b) are symmetrical. The percentage of copper atoms in the total of the metal atoms (a + b) varies from 15 to 30 $> the content of zinc (atoms) varies from 8 to 15%, the content of ghromes varies from 0 to 10 % (the value of 0 is reached when aluminum is present), and the content of aluminum (atoms) varies from 0.1 to 10 %,
Das erfindungsgemäße ME-Herstellungsverfahren wird bei einer Temperatur im Bereich von 150 bia 250 0G sowie bei einem Druck zwischen 4 000 und 15 000 kPa ausgeführt·The ME-manufacturing method according to the invention is carried out at a temperature in the range of 150 bia 0 250 G and at a pressure from 4000 to 15000 kPa ·
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert·The invention will be explained in more detail with reference to the following examples.
Ea wurde ein Katalysator hergestellt auf der Basis von Gu, Zn, Al sowie Kieselsäure modifiziert mit Aluminium entsprechend dem folgenden Verfahren: Ea was prepared a catalyst based on Gu, Zn, Al and silica modified with aluminum according to the following procedure:
676 g (Gu(MO3)2 · 3H2O, 327 g Zn(NOO2' 6H2O und 57 g Natriumalumina t wurden in 10 Liter Wasser gelöst, Die Lösung wurde auf 85 0G erhitzt und unter Rühren mit einer 10%igen Lösung in NaOH in Wasser versetzt, bis der pH-vVert 7,5 erreichte.676 g (Gu (MO 3) 2 · 3H 2 O, 327 g Zn (NOO 2 '6H 2 O and 57 g Natriumalumina t was dissolved in 10 liters of water, The solution was heated to 85 0 G and with stirring with a 10 % solution in NaOH in water until the pH vVert reached 7.5.
240389 7240389 7
-5- 23.10.1-982-5- 23.10.1-982
AP C 07 C/240 389/7 (GO 886/11)AP C 07 C / 240 389/7 (GO 886/11)
Man ließ den Niederschlag sich während des Abkühlens absetzen ; die überstehende Flüssigkeit wurdö abgegossen und der Niederschlag wiederholt mit Nasser gewaschen, bis keine Natrium- und Nitrationen mehr vorhanden waren, unter wiederholtem Abgießen und abschließendem i'iltriören«,The precipitate was allowed to settle during cooling; the supernatant was drained off and the precipitate was washed repeatedly with water until no more sodium and nitrate ions were present, with repeated pouring and finally i'iltriören,
Der Niederschlag wurde in einem Ofen bei 120 0G an der Luft getrocknet. Das Material wurde zu einem Granulat nicht größer als 0,84 mm (20 mesh ASTM) vermählen und mit 325 g Kieselsäure modifiziert mit Aluminium und hergestellt nach Beispiel 5 der DE-OS 2 924 870 vermischt.The precipitate was dried in an oven at 120 0 G in the air. The material was ground to granules no larger than 0.84 mm (20 mesh ASTM) and mixed with 325 g of silica modified with aluminum and prepared according to Example 5 of DE-OS 2,924,870.
Das Pulver wurde au Pellets mit einem Durchmesser von 4 mm,, und einer Länge von 6 mm verpreßt«The powder was pressed into pellets with a diameter of 4 mm, and a length of 6 mm. "
Gu, Zn, Al und Si waren in dem Katalysator in einem Atomverhältnis von 28 : 11 : 7 : 54 vorhanden.Gu, Zn, Al and Si were present in the catalyst in an atomic ratio of 28: 11: 7: 54.
100 ml Katalysator wurden in einen Röhrenreaktor mit einem Durchmesser von 2,54 om gegeben.100 ml of catalyst was added to a 2.54 μm diameter tubular reactor.
Eine Hülse mit einem Außendurchmesser von 8 mm für ein Thermoelement wurde axial in der Mitte de3 Reaktors angeordnet. Die Temperatur wurde allmählich gesteigert unter Einspeisen eines Gemisches aus H2 und N2 in den Reaktor, um den Katalysator unter gesteuerten Bedingungen zu reduzieren.A sleeve with an outer diameter of 8 mm for a thermocouple was placed axially in the center of the reactor. The temperature was gradually increased by feeding a mixture of H 2 and N 2 into the reactor to reduce the catalyst under controlled conditions.
Sobald die Temperatur 220 0G erreicht hatte und die Katalysatorreduktion beendet war, wurde der Druck auf 7 000 kPa zurückgeführt und das Gemisch aus H2 "und N2 allmählich ersetzt durch ein 1 : 1-Gemisch aus GO und H0 mit einer "0urch-Once the temperature reached 220 0 G and the catalyst reduction was complete, the pressure on 7000 kPa was recycled and the mixture of H 2 'and N 2 gradually replaced by a 1: 1 mixture of GO and H 0 with a "0urch -
i Satzgeschwindigkeit von 2 100 h~ ' (völumen/Volumen.h).i Set speed of 2 100 h ~ (völumen / Volumen.h).
7 "6~ 23.10.19827 " 6 ~ 23.10.1982
I ^ Q 07 g/240 389/7 I ^ Q 07 g / 240 389/7
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Die Katalysatortemperatur wurde im Beispiel 1 bei 200 C und im Beispiel 2 bei 230 0C stabilisiert.The catalyst temperature was stabilized in Example 1 at 200 C and in Example 2 at 230 0 C.
Daa im Verlauf der Reaktion entstandene Wasser,. Methanol und Teil des Diinethgrlethers wurden in einem dem Reaktor nachgeechalteten Kühler kondensiert. Daa kondensierte Wasser, das Methanol und der Dimethylether wurden unter Druck abgezogen und gaschromatographisch analysiert.Daa formed in the course of the reaction water. Methanol and part of Diinethgrlethers were condensed in a reactor nachgeechelten cooler. Daa condensed water, the methanol and dimethyl ether were removed under pressure and analyzed by gas chromatography.
Das aus dem Reaktor austretende Gas wurde in ein Einlaßventil eines GasChromatographen geführt und analysiert und dann anschließend in einen (integrating) Strömungsmesser, um die Gasmenge zu messen.The gas exiting the reactor was fed to an inlet valve of a gas chromatograph and analyzed and then into an integrating flowmeter to measure the amount of gas.
In der Tabelle 1 sind die unter den oben angegebenen Bedingungen erzielten Ergebnisse zusammengefaßt, Nebenprodukte, die in einer Menge von weniger als 1 % vorhanden waren, wurden nicht in Betracht gezogen.In Table 1, the results obtained under the above conditions are summarized, by-products which were present in an amount of less than 1 % were not considered.
Durchsatz T P Um- Selektivität der CO-Throughput T P Re selectivity of the CO
wand- Umwandlung inwall conversion into
h ' H2ZOO 0G kPa Mol-# DME GH3OH GO2 h 'H 2 ZOO 0 G kPa Mol # # DME GH 3 OH GO 2
Beispielexample
1 2100 1 200 7000 22 61,8 4,1 34,11 2100 1 200 7000 22 61.8 4.1 34.1
Beispielexample
2 2100 1 230 7000 69 63,4 3,0 33,62 2100 1 230 7000 69 63.4 3.0 33.6
24 0 3 8 9 7 -7- 23.10.198224 0 3 8 9 7 -7- 23.10.1982
AP 0 07 C/240 389/7 (60 886/11.)AP 0 07 C / 240 389/7 (60 886/11.)
üs wurde ein Katalysator auf der Basia von Gu, Zn, Gr, Si und Al hergestellt, bei dem die Komponenten in einem Atomverhältnis von 20 : 12 : 8 : 60 : 0,2 vorhanden waren:A catalyst was prepared on the base of Gu, Zn, Gr, Si and Al, in which the components were present in an atomic ratio of 20: 12: 8: 60: 0.2:
1 600 g Gu(MO3)2 · 3H2O, 1 182 g Zn(HO3)2 · 6H3O und 1 060 g Cr(NO3)3 · 9H2O wurden in 20 Liter destilliertem Nasser gelöst. Die Lösung wurde auf 95 0G erhitzt und 20 Liter einer wäßrigen Lösung aus 1 300 g NaOH unter Rühren zugegeben. Der Niederschlag wurde abgekühlt, mit Wasser unter Absitzenlassen gewaschen, filtriert und wiederholt mit Wasser gewaschen. Der Miederschlag wurde in einem Ofen bei 120 0G getrocknet. Das Material wurde zu einem Granulat <L 0,84 mm vermählen und dann mit 1 192 g Kieselsäure modifiziert mit Aluminium (Beispiel 5 der Dü^-OS 2 924 870) vermischt.1,600 g of Gu (MO 3 ) 2 .3H 2 O, 1,182 g of Zn (HO 3 ) 2 .6H 3 O and 1,060 g of Cr (NO 3 ) 3 .9H 2 O were dissolved in 20 liters of distilled water. The solution was heated to 95 0 G and 20 liters of an aqueous solution of 1 300 g of NaOH added with stirring. The precipitate was cooled, washed with water to drip, filtered and washed repeatedly with water. The Miederschlag was dried in an oven at 120 0 G. The material was ground to granules <L 0.84 mm and then mixed with 1 192 g of silica modified with aluminum (Example 5 of Dü ^ -OS 2,924,870).
us wurden Pellets hergestellt mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von 6 mm. 100 ml Katalysator wurden unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 und2 geprüft; die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt.Pellets were made with a diameter of 4 mm and a length of 6 mm. 100 ml of catalyst was tested under the same conditions as in Examples 1 and 2; the results are shown in Table 2.
Durchsatz T P Um- " Selektivität derThroughput T P Um- "Selectivity of
wand- GO-Umwandlung inwall GO conversion into
-1 η lunS-1 η lun S
h ' H2/GO 0G kPa Idol-56 DLM CH3OHh 'H 2 / GO 0 G kPa Idol-56 DLM CH 3 OH
Beispiel 3 2100 1 200 7000 12 62,6 3»8 33.6Example 3 2100 1 200 7000 12 62.6 3 »8 33.6
Beispiel 4 2100 1 230 7000 45 64,7 1,8 33,5Example 4 2100 1 230 7000 45 64.7 1.8 33.5
2403 8 9 7 _8_2403 8 9 7 _ 8 _
23.10.198223/10/1982
AP G 07 C/240 389/7AP G 07 C / 240 389/7
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Beispiele 5 und 6 (zum Vergleich) Examples 5 and 6 (for comparison)
Der Katalysator nach,Beispiel 1 der US-PS 4 177 167, bei dem das Atomverhältnis;, Ou : Zn : Gr : Al 20: 12 : 8 : betrugt wurde unter -den ,gleichen bedingungen wie in den Beispielen 1 und 2 geprüft* Die JUrgebnisae sind in der Tabelle 3 aufgeführt·The catalyst according to Example 1 of US Pat. No. 4,177,167, in which the atomic ratio C, Ou: Zn: Gr: Al 20: 12: 8: was under the same conditions as in Examples 1 and 2 tested * The results are listed in Table 3.
^:.j'-:u;XA T a be 1 1 e 3 λ.- . . . " · ^: j '-: u; XA T a be 1 1 e 3 λ.-. , , "·
Durchsatz T P Um- Selektivität derThroughput T P Re selectivity of
wand- GO-Umwandlung in lung, wall GO conversion in lung,
Mol_^ dme GH3OH GO2 Mol _ ^ dme GH 3 OH GO 2
spiel 5 2100 1 200 7000 11 11,9 54,0 34,1game 5 2100 1 200 7000 11 11.9 54.0 34.1
Beispiel 6 2100 1 23O 7000 42 18,5 47,0 35,0Example 6 2100 1 23O 7000 42 18.5 47.0 35.0
Diese Vergleichabeiapiele zeigen, daß bei niederen Betriebstemperaturen der Katalysator auf der Baais von stabilisertem .Aluminium nicht genügend Aktivität für die Abspaltung von Wasser entfaltet, so daß DME nur in kleinen Mengen vorhanden ist bzw,= entsteht. yThis Vergleichabeiapiele show that at low operating temperatures of the catalyst on the B a ais of stabilisertem .Aluminum not enough activity for the cleavage of water unfolded so that DME is present only in small amounts or = arises. y
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